波本威士忌废料可以提供下一代超级电容器组件

肯塔基州的波本威士忌产业每年都会产生巨量的谷物废料，运输和处理成本高昂。如今研究人员找到了一种方法，能将这些副产物转化为高性能储能材料，未来有望应用于电动汽车与大型电网储能领域。

全球超过 95% 的波本威士忌产自肯塔基州。每酿造一桶波本酒，就会产生 6 至 10 倍体积的酒糟（stillage）—— 一种由废弃谷物和水组成的浆液。这些废料通常会卖给农户用作牲畜饲料或土壤改良剂，但必须先经过干燥处理以减重、便于运输。

肯塔基大学化学系研究生约希尔・巴 rios・科西奥表示，这对酒厂来说是一项沉重负担：自然蒸发干燥耗时耗空间，加热烘干则成本高昂。他与团队证实，可以直接将湿酒糟转化为可用的碳材料，用于制造电池与超级电容器的电极。

在亚特兰大举行的美国化学会春季会议上，科西奥展示了相关研究成果：这种碳材料制成的超级电容器，能量密度可媲美甚至超越商用产品；而混合型锂离子超级电容器的储电量更是传统设计的25 倍。尽管目前仅为概念验证，但科西奥表示，这项技术最终能让酒厂把废料变成盈利来源。

“这是一个双赢方案，” 他说，“我们可以获得一种更可再生、储量更丰富的生物质原料，来生产汽车行业和可再生能源领域日益紧缺的材料。”

创新储能解决方案

科西奥最初的灵感来自美国国家科学基金会的一项研究实习项目，该项目旨在寻找水、能源与食品系统相关问题的解决方案。在走访多家酒厂、亲眼见识废料规模与处理难题后，他开始思考如何更高效地利用酒糟。

他了解到德国耶拿弗里德里希・席勒大学的一个研究团队，已开发出将啤酒厂废弃谷物转化为储能电极材料的工艺。科西奥随后在该实验室完成暑期实习，学习了相关技术。

回到美国后，他联系了多家酒厂寻求实验用酒糟，很快得到肯塔基州丹维尔市荒野小径酒厂的回应。“我问他们能不能给我一加仑酒糟，” 他说，“几天后他们回复：‘当然可以，不过我们更希望你直接运走 10000 加仑，把当天的废料都清走。’”

 肯塔基大学的研究人员利用波本酒厂废料开发了超级电容器电极，每公斤储存的能量比商业设备更多。

转化工艺：从湿酒糟到高性能碳材料

研究团队采用水热碳化法将酒糟转化为有用材料：在高压下加热湿浆液，生成一种名为水焦的黑色精细碳粉。科西奥表示，该工艺的一大优势是酒糟的高含水量恰好能为转化过程提供所需压力。

研究人员进一步将水焦制成两种高价值碳材料：

• 活性炭

将水焦与氢氧化钾混合，在约 800℃下加热，得到高孔隙率活性炭，比表面积可达 1000 平方米 / 克以上，非常适合制作高容量超级电容器。

团队用该材料制作的纽扣式双电层电容器，储能量可达48 瓦时 / 公斤，与商用超级电容器相当。

• 硬碳

将水焦在 200℃炉中加热制成硬碳，结构类似石墨，但石墨烯片层排列更无序，富含微小孔隙与缺陷，非常适合储存锂、钠等碱金属离子。

科西奥用这种硬碳制成含锂离子的类电池电极，再与活性炭电极结合，造出混合型超级电容器，兼具电池高储电量与电容器快速充放电的优势，特别适用于电动汽车、电网稳定等场景。

产业化前景

目前相关器件仍处于概念验证阶段。科西奥坦言，要将工艺放大到工业级别仍需大量优化，团队也正在开展技术经济分析，评估方案的商业可行性。

项目指导老师、肯塔基大学化学教授马塞洛・古斯曼表示，该方法有望以可持续方式满足日益增长的储能材料需求。

“肯塔基州自 2019 年以来已大力投入汽车电池产业，累计投资达数十亿美元，未来对材料供应的需求会非常巨大，” 他说，“我们认为这项研究恰逢其时，所开发的材料对电池产业极具价值。”